Tarmbakterier: Den overraskende virkningen av virus

Mikrobiomet spiller en viktig rolle i helsen. En nylig studie har undersøkt hvordan virus som dreper tarmbakterier påvirker disse mikroberne. Resultatene gjør et allerede komplisert bilde mye mer.

Bakteriofager (avbildet her) er flere enn bakterier.

For mer forskningsstøttet informasjon om mikrobiomet og hvordan det påvirker helsen din, vennligst besøk vårt dedikerte knutepunkt.

Mikrobiomet er både fascinerende og fasjonabelt.

Økningen av offentlig interesse har gitt et løft i finansieringen for å studere samspillet mellom oss og tarmbakteriene.

Forskere har nå funnet forhold mellom mikrobiomet og en rekke tilstander, fra diabetes og fedme til Parkinsons og depresjon.

Takket være tarmbakteriens høyprofilerte matvarebutikker er det nå fylt med probiotiske produkter.

Til tross for deres brede tilgjengelighet og popularitet er det imidlertid lite som tyder på at de gir mange fordeler utenfor et lite antall spesifikke forhold.

Selv om forskere vet at mikroberne i oss er viktige, er det fremdeles langt unna å designe en måte å moderere dem for å forbedre helsen og bekjempe sykdommer.

Den primære årsaken til dette er den blendende kompleksiteten til mikrobiomet. Det er ikke en eneste, homogen enhet, men en verden av mikroskopiske vesener som samhandler, påvirker og hemmer sine naboer, i stand til å drepe, pleie og kommunisere med hverandre.

Allerede på dette punktet kan vi se de store vanskelighetene med å forstå innsatsen til mikrobiomet, men noen forskere undersøker neste nivå av kompleksitet: bakteriofager.

Vi introduserer bakteriofagen

Bakteriofager, eller rett og slett fager, er virus som utelukkende ødelegger bakterier. Utrolig nok er fager større enn bakterier; der det er bakterier, er det fager i spader.

Fager er også spesifikke; de pleier å ødelegge bare en art eller bakteriestamme. Før antibiotika kom, brukte forskere fager for å bekjempe infeksjoner. Men da forskere oppdaget antibiotika, tok de stedet for fager; antibiotika var billigere og enklere å produsere enn fager.

Nå, med antibiotikaresistens økende, ser noen forskere på ideen om fagterapi.

Selvfølgelig, hvis fager dreper bakterier, vil de sannsynligvis påvirke mikrobiomet. Forskere fra Brigham and Women's Hospital og Wyss Institute, begge i Boston, MA, er interessert i nøyaktig hvordan disse rikelig virusene kan påvirke tarmbakteriene våre. De publiserte resultatene av sin siste studie i tidsskriftet Cell Host & Microbe.

“En av de største interessene i laboratoriet mitt er å forstå endringene i dynamikken i tarmmikrobiomet. Bakteriofager er en stor komponent i mikrobiomet, men har ikke blitt studert mye ennå. "

Senior studieforfatter Dr. Georg Gerber

Hva er fagene opp til?

Selv om vi vet at fager er rikelig i tarmen, vet vi ikke mye om deres oppførsel.

"Noen mennesker utforsker fagterapi, og bruker fager for å drepe mikrober," sier Dr. Gerber, "men fager finnes også naturlig i tarmen, og eksisterer samtidig med resten av økosystemet. Vi ønsket å finne ut hva de gjør der inne. ”

For å undersøke brukte forskerne gnotobiotiske mus; de oppdrettet disse dyrene på en slik måte at de ikke har noen bakterier som lever på eller i dem.

Til å begynne med introduserte de musene 10 arter av bakterier som ofte bor i tarmen, inkludert Enterococcus faecalis og Escherichia coli.

Deretter la de til fager som spesifikt retter seg mot bakteriene de transplanterte i musene. For eksempel målretter T4-fagen E coli, og VD13-fagangrepene E. faecalis. De spores deretter suksessen til hver mikrobe.

Fager er spesifikke jegere: hver type dreper bare en type bakterier. Så da forskerne introduserte en fag til musene, ville de se en nedgang i den typen bakterier. Imidlertid var virkningen på andre bakterier mer overraskende.

Utbredt forandring

Forskerne viste at selv om en hvilken som helst gitt fag bare angrep en bakterieart, ville den også påvirke andre arter; noen arter trivdes mens andre gikk ned.

Ser vi på det bredere bildet, vurderte forskerne også rekke forbindelser produsert av både bakteriene og musen; dette kalles metabolomet.

De fant at når de introduserte en fag til musene og bakteriesammensetningen endret seg, var det også endringer i nivåene av visse biologisk aktive kjemikalier. Studieforfatterne skriver:

"Fager kan modulere metabolitter, som er kjent for å påvirke pattedyrverten."

Med andre ord kan en enkelt virusstamme endre typen eller mengden biologiske molekyler som er tilgjengelig for vertsdyret.

Fremtidige muligheter og mye mer arbeid

Dr. Gerber savnet ikke de omfattende mulighetene som disse funnene gir. Han sier: “Dette funnet fascinerer meg for oppfølging og reiser betydelige spørsmål: Kan vi bruke fager til å modulere disse aktivitetene? Kan dette være en intervensjon for tilstander, for eksempel depresjon, hvor du vil endre nevrotransmitternivået? "

Selvfølgelig brukte dette eksperimentet et kunstig konstruert mikrobiom i en gnagermodell, noe som gjør ekstrapolering til mennesker vanskelig. Imidlertid fokuserte den på å få en generell oversikt over hvordan fager kunne påvirke en populasjon av bakterier. Som studieforfatterne skriver:

"Gnotobiotiske mus, kolonisert med en begrenset og kjent, men fortsatt kompleks samling av bakterier, presenterer et attraktivt modellsystem for omfattende karakterisering av fagenes oppførsel i tarmmiljøet."

Hvis fager gjør omfattende endringer i et musemikrobiom, vil de sannsynligvis også gjøre endringer i det humane mikrobiomet. Endringene kan være forskjellige, men prinsippet forblir.

Som vi gjorde klart i innledningen, er effekten av mikrobiomet vanskelig nok til å forstå før fager kommer inn i bildet, så å designe en medisinsk intervensjon vil være langt unna. Imidlertid gjør det absolutt ikke funnene mindre interessante eller verdige å forfølge.

"Selv om de ikke brukes som direkte terapeutisk, antyder studien vår at fager kan være et godt verktøy for å forstå de potensielle effektene av andre medisiner som endrer mikrobiomet," avslutter Dr. Gerber.